Oxford University Press (OUP)

Các vi sinh vật đã cung cấp nguồn tài nguyên phong phú của các sản phẩm tự nhiên, từ đó phát triển thành các sản phẩm thương mại phục vụ cho y học, sức khỏe động vật và bảo vệ cây trồng. Trong những năm đầu của việc phát hiện sản phẩm tự nhiên từ vi sinh vật (Thời Đại Vàng), các kháng sinh mới được tìm thấy một cách tương đối dễ dàng thông qua các phương pháp lên men có sản lượng thấp và sàng lọc toàn bộ tế bào. Sau đó, các phương pháp di truyền phân tử và hóa học dược phẩm đã được áp dụng để sửa đổi và cải thiện hoạt động của các khung hóa học quan trọng, và các phương pháp sàng lọc tinh vi hơn đã được hướng đến các trạng thái bệnh lý mục tiêu. Vào những năm 1990, ngành công nghiệp dược phẩm đã chuyển sang việc sàng lọc công suất cao các thư viện hóa chất tổng hợp nhằm vào nhiều mục tiêu điều trị tiềm năng, bao gồm cả các mục tiêu mới được xác định từ dự án giải trình tự gen người, phần lớn là để loại trừ các sản phẩm tự nhiên, và tỷ lệ phát hiện đã giảm mạnh. Tuy nhiên, các sản phẩm tự nhiên vẫn tiếp tục cung cấp các khung hóa học chính cho việc phát triển thuốc. Trong thiên niên kỷ hiện tại, thông qua giải trình tự gen, người ta phát hiện rằng các vi sinh vật có bộ gen lớn có khả năng sản xuất khoảng gấp mười lần số lượng chuyển hóa thứ cấp so với những gì đã được công nhận trước đó. Thực tế, các actinobacteria tài năng nhất có khả năng sản xuất khoảng 30–50 chuyển hóa thứ cấp. Với sự giảm mạnh trong chi phí giải trình tự gen, hiện nay có thể tiến hành giải trình tự hàng nghìn bộ gen actinobacteria để xác định "vật chất tối sinh học" như là nguồn cho việc phát hiện các chuyển hóa thứ cấp mới và độc đáo. Những tiến bộ trong sinh tin học, phổ khối, proteomics, transcriptomics, metabolomics và biểu hiện gen đang thúc đẩy lĩnh vực mới của việc khai thác bộ gen vi sinh vật nhằm ứng dụng trong việc phát hiện và phát triển sản phẩm tự nhiên.

Vi sinh vật là những nhà sản xuất hàng đầu các sản phẩm tự nhiên hữu ích. Các sản phẩm tự nhiên từ vi sinh vật và thực vật là những loại thuốc xuất sắc. Một phần đáng kể trong bộ gen của vi sinh vật được dành cho việc sản xuất những chuyển hóa thứ cấp hữu ích. Một vi sinh vật đơn lẻ có thể sản xuất một số lượng lớn các chuyển hóa thứ cấp, lên đến 50 hợp chất. Các sản phẩm hữu ích nhất bao gồm kháng sinh, tác nhân chống ung thư, thuốc ức chế miễn dịch, nhưng cũng có nhiều sản phẩm cho các ứng dụng khác, ví dụ như thuốc kháng virus, thuốc trị giun sán, chất ức chế enzyme, thực phẩm chức năng, polymer, chất hoạt động bề mặt, thuốc diệt cỏ sinh học và vắc-xin đã được thương mại hóa. Thật không may, do sự giảm sút trong công tác phát hiện sản phẩm tự nhiên, công tác phát hiện thuốc đã giảm sút trong 20 năm qua. Những lý do bao gồm chi phí quá cao cho các thử nghiệm lâm sàng, thời gian quá ngắn trước khi các sản phẩm trở thành thuốc tổng hợp, khó khăn trong việc phát hiện các loại kháng sinh đối kháng với các sinh vật kháng thuốc, và thời gian điều trị ngắn của bệnh nhân đối với các sản phẩm như kháng sinh. Dù phải đối mặt với những khó khăn này, công nghệ để phát hiện thuốc mới đã tiến bộ, ví dụ như hóa học tổ hợp của khung sản phẩm tự nhiên, các phát hiện trong đa dạng sinh học, khai thác gen và sinh học hệ thống. Việc chính phủ kéo dài thời gian trước khi các sản phẩm trở thành thuốc tổng hợp sẽ rất có ích.